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腸道菌群的重要功能之一是代謝各種營養(yǎng)物質(zhì)和外源性物質(zhì)

2021-08-19 13:22:07 來源：中國科學(xué)報

腸道菌群的重要功能之一是代謝各種營養(yǎng)物質(zhì)和外源性物質(zhì)。其代謝能力甚至超過人體細(xì)胞，產(chǎn)生的生物活性代謝物可以直接或間接影響宿主的生理機能。

中科院上海營養(yǎng)與健康研究所研究員林旭、陳雁等人合作，首次通過臨床營養(yǎng)干預(yù)研究，發(fā)現(xiàn)花生替代精制谷物能提高代謝綜合征逆轉(zhuǎn)率，進而發(fā)現(xiàn)腸道菌群在指導(dǎo)精準(zhǔn)營養(yǎng)干預(yù)改善代謝綜合征中起著重要作用。相關(guān)研究已在《美國臨床營養(yǎng)學(xué)雜志》和《分子營養(yǎng)與食品研究》上發(fā)表。

花生逆轉(zhuǎn)代謝綜合征

花生富含不飽和脂肪酸、植物蛋白、纖維、多酚及其他生物活性物質(zhì)，在全球范圍內(nèi)被廣泛種植和食用。觀察性研究提示，攝入花生可以降低心血管疾病風(fēng)險，而高精制谷物攝入則與高心血管疾病風(fēng)險息息相關(guān)。

代謝綜合征是腹型肥胖、空腹血糖升高、脂質(zhì)紊亂或血壓升高等心血管代謝疾病風(fēng)險因素集合出現(xiàn)的一種代謝紊亂狀態(tài)，它顯著增加了罹患2型糖尿病、心血管疾病的風(fēng)險。

“及時干預(yù)并逆轉(zhuǎn)代謝綜合征可以將這些疾病的預(yù)防‘窗口”前移。”中科院上海營養(yǎng)與健康研究所研究員林旭對《中國科學(xué)報》說，“用花生替代精制谷物可能可以降低代謝綜合征風(fēng)險人群的心血管疾病風(fēng)險，然而，先前一直缺乏相關(guān)臨床干預(yù)證據(jù)。”

在一項為期12周的隨機對照臨床干預(yù)研究中，該團隊招募到224名患有代謝綜合征或有代謝綜合征高風(fēng)險的志愿者，將他們隨機分配到花生干預(yù)組或?qū)φ战M。在干預(yù)期間，花生干預(yù)組的志愿者每天午餐和晚餐前一小時內(nèi)分別食用一小包（28克/包）輕鹽烤花生，而對照組的志愿者則食用一份與烤花生等能量的精制谷物棒。在干預(yù)前后，研究人員收集了所有志愿者的體重、腰圍、血壓等數(shù)據(jù)，并結(jié)合其飲食信息，采集空腹血樣，檢測了血糖、血脂等指標(biāo)。

“分析各組志愿者干預(yù)前后的數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)花生干預(yù)組志愿者的代謝綜合征逆轉(zhuǎn)（即原先患有代謝綜合征而在干預(yù)結(jié)束后不再滿足代謝綜合征標(biāo)準(zhǔn)）比率顯著高于對照組的志愿者。”林旭說，“還有部分花生干預(yù)組的志愿者中原先處于代謝綜合征高風(fēng)險，其風(fēng)險因素數(shù)量降低的比例也高于對照組。”

此外，研究者發(fā)現(xiàn)，雖然花生脂肪含量較高，但12周的花生攝入并沒有增加志愿者體重，甚至還在一定程度上降低了體重。據(jù)此判斷，用適量花生替代部分精制谷物攝入，可以在不增加體重的情況下，改善高風(fēng)險人群的心血管代謝疾病風(fēng)險。

重視“超級共生體”

人們發(fā)現(xiàn)，不同個體對同樣的食物反應(yīng)不一，這體現(xiàn)在餐后血糖、疾病干預(yù)效果等方面。最新研究認(rèn)為，即使是同卵雙胞胎，對同種食物的反應(yīng)也可能有所不同，表明這種差異不能單靠基因來解釋。

“現(xiàn)在我們認(rèn)識到，其重要原因是不同個體腸道中的微生物群不同。”該論文第一作者王爍告訴《中國科學(xué)報》，“因此，人們在選擇食物或進行營養(yǎng)干預(yù)時，應(yīng)將自己視作人和微生物的‘超級共生體’，通過基于個性化的營養(yǎng)支持來優(yōu)化健康或預(yù)防、管理、治療疾病，這就是精準(zhǔn)膳食或個體化營養(yǎng)。”

研究人員通過對腸道菌群的采集與分析，將菌群信息與臨床指標(biāo)進行關(guān)聯(lián)研究。發(fā)現(xiàn)花生干預(yù)后各臨床檢驗指標(biāo)和身體測量指標(biāo)的變化呈現(xiàn)高度的個體差異性。通過分析人群腸道菌群的組成，研究發(fā)現(xiàn)無論是組間比較還是組內(nèi)前后比較，菌群結(jié)構(gòu)均具有高度的個體特異性，其組成變化的一致性規(guī)律較少。

大量研究表明，腸道菌群與各種疾病發(fā)生發(fā)展存在密切聯(lián)系，如代謝性疾病、心血管疾病、精神疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、呼吸系統(tǒng)疾病、胃腸道疾病、自身免疫性疾病和腫瘤等。在許多疾病的營養(yǎng)干預(yù)或治療過程中，腸道菌群也起著至關(guān)重要的作用。

“另外，腸道菌群對藥物代謝和毒性也有一定的作用。”王爍說，“大量證據(jù)表明，許多藥物治療效果的個體差異性與腸道菌群有關(guān)，如在腫瘤的免疫治療中，腸道菌群的組成不僅對療效產(chǎn)生影響，某些特定益生菌還能增強免疫治療的效果，同時緩解免疫治療帶來的腸道炎癥等副作用。”

機器學(xué)習(xí)顯優(yōu)勢

腸道微生物是一個龐大的生態(tài)系統(tǒng)，它與機體代謝以及許多代謝相關(guān)疾病的發(fā)生發(fā)展有著密不可分的聯(lián)系，但其測序的數(shù)據(jù)量是巨大的，這就給研究分析帶來了極大的難度。

“近年來，基于機器學(xué)習(xí)算法對菌群信息開展分析，對各樣本的菌群數(shù)據(jù)進行分類和預(yù)測，并篩選出一些有價值的標(biāo)志物類群，在預(yù)測個體對飲食干預(yù)的響應(yīng)效果以及預(yù)測個體對某些疾病的治療效果等方面，成為一個極有力的生物信息學(xué)手段。”王爍說，“也為今后以腸道菌群為基礎(chǔ)的個體化營養(yǎng)和精準(zhǔn)醫(yī)療策略實施帶來重要的指導(dǎo)意義。”

鑒于人群對花生干預(yù)響應(yīng)程度的差異，科研人員根據(jù)每個代謝相關(guān)指標(biāo)的前后改善情況以及代謝綜合征風(fēng)險的逆轉(zhuǎn)情況，將花生干預(yù)組的人群分為應(yīng)答者與非應(yīng)答者。

應(yīng)用機器學(xué)習(xí)的算法，研究利用干預(yù)前樣本的菌群測序數(shù)據(jù)特征，建立了針對每個指標(biāo)和代謝綜合征整體風(fēng)險逆轉(zhuǎn)情況的響應(yīng)預(yù)測模型。研究者對體重、腰圍、收縮壓、舒張壓、空腹血糖，甘油三酯，總膽固醇等9項臨床指標(biāo)檢測發(fā)現(xiàn)，其中有6項指標(biāo)的預(yù)測模型取得了預(yù)期效果，特別是在舒張壓和體重的干預(yù)效果預(yù)測上達(dá)到了較高的準(zhǔn)確度。此外，代謝綜合征整體風(fēng)險逆轉(zhuǎn)情況也可通過建立的模型達(dá)到較好的預(yù)測效果。

“這項研究突出了腸道菌群在指導(dǎo)精準(zhǔn)營養(yǎng)中的關(guān)鍵作用。” 中科院上海營養(yǎng)與健康研究所研究員陳雁告訴《中國科學(xué)報》，“基于這一研究思路，未來可以通過菌群等大數(shù)據(jù)信息來預(yù)測和設(shè)計個性化飲食和精準(zhǔn)醫(yī)療方案，進而有效調(diào)整機體代謝和干預(yù)治療疾病。”

王爍介紹說，除花生干預(yù)以外，很多功能性食物或飲食模式都有可能通過菌群等信息，建立對代謝綜合征的響應(yīng)效果預(yù)測模型。另一方面，與菌群相關(guān)的其他疾病也有可能建立相應(yīng)的預(yù)測模型。

“我們也希望將來會有更多大樣本、長時間、高質(zhì)量的研究來充分探討飲食、微生物和人體代謝三者之間的相互作用。”王爍說，“雖然目前利用微生物組分析來進行個體化飲食和精準(zhǔn)醫(yī)療方案還面臨諸多挑戰(zhàn)，但我們相信，基于腸道菌群信息的個性化營養(yǎng)治療將是未來防治疾病中不可或缺的一環(huán)。”

“該研究揭示出腸道菌群在精準(zhǔn)營養(yǎng)干預(yù)改善代謝和治療疾病策略中的關(guān)鍵地位，為后續(xù)以腸道菌群為功能性食物或藥物作用的靶點研究，或開展更大規(guī)模精準(zhǔn)營養(yǎng)干預(yù)和臨床應(yīng)用提供新的思路和理論依據(jù)。”陳雁說。

標(biāo)簽：腸道菌群代謝能力人體細(xì)胞生物活性代謝物